Il braccio dell'uomo paralizzato è cablato per ricevere segnali cerebrali

Gli scienziati della Case Western Reserve University in Ohio affermano di aver usato l'elettronica per aggirare la lesione spinale di un uomo paralizzato, permettendogli di usare un impianto nel cervello per muovere il braccio e la mano.

Un volontario paralizzato in Ohio controlla una simulazione virtuale del suo braccio usando due impianti cerebrali.

Il test rappresenta la prima volta che i segnali raccolti nel cervello sono stati trasmessi direttamente agli elettrodi posti all'interno del braccio di qualcuno per ripristinare il movimento, afferma Robert Kirsch, ingegnere biomedico presso Case Western. Dirige anche il Cleveland FES Center, che sviluppa tecnologie per le persone con paralisi.

Il progetto, descritto oggi al meeting della Society for Neuroscience a Chicago, è un passo verso un sistema wireless in grado di trasmettere segnali cerebrali attraverso l'aria a dispositivi elettronici cuciti negli arti delle persone paralizzate, ripristinando così la capacità di svolgere semplici attività quotidiane compiti.

Le persone che hanno familiarità con i risultati dello studio hanno affermato che i movimenti del volontario sono ancora bruschi e non ben coordinati. Non è un movimento naturale fluido come quello di prendere una tazza di caffè per berla, dice John Donoghue, uno dei leader di BrainGate , un consorzio che sta sviluppando interfacce cervello-computer e comprende il team Case Western. Ma il fatto che abbiano convinto una persona a controllare il proprio corpo, a stimolare i muscoli in un modo specifico per farli muovere, e a farlo da un piccolo pezzo di cervello, è incredibile.

Lo Utah Electrode Array ha 96 aghi di silicio che registrano gli impulsi elettrici dei neuroni all'interno del cervello.

I volontari negli studi sugli impianti cerebrali hanno precedentemente spostato i cursori dei computer e controllato i bracci robotici. L'anno scorso, un altro uomo dell'Ohio con una paralisi parziale del braccio ha ricevuto un impianto cerebrale ed è stato in grado di farlo mentalmente aprire e chiudere la mano utilizzando strisce di elettrodi esterni posizionati attorno al suo avambraccio. Questo sforzo, chiamato Neurobridge, è guidato dalla Ohio State University e dal Battelle Memorial Institute.

Il progetto Case Western fa un ulteriore passo avanti perché il nuovo volontario ha una lesione spinale che gli impedisce di muovere le braccia. Mary Buckett, portavoce del FES Center, ha affermato che l'identità del partecipante non è stata ancora rilasciata pubblicamente.

Bolu Ajiboye, il ricercatore di Case Western che ha presentato i dati del team a Chicago oggi, afferma che nove mesi fa i chirurghi hanno impiantato due mazzi di elettrodi di silicio, chiamati array Utah, nella corteccia motoria del volontario. Questa è la parte del cervello in cui vengono pianificati i movimenti. I fili di ogni array emergono dal cranio attraverso porte metalliche e si collegano a computer che interpretano i segnali.

Per completare il ponte della lesione del midollo spinale dell'uomo, i medici hanno quindi inserito più di 16 fili sottili nel braccio e nella mano destra del volontario. Gli impulsi elettrici inviati a quegli elettrodi provocano la contrazione di diversi muscoli, creando movimento nella spalla, nel gomito e nel polso, un approccio noto come stimolazione elettrica funzionale o FES.

Secondo Kirsch, il volontario è in grado di controllare in modo molto accurato una simulazione al computer del suo braccio cablato usando i suoi segnali cerebrali. Muovere il vero braccio sotto il controllo del cervello si è rivelato più impegnativo. La configurazione virtuale è perfetta, fa quello che dice, ma il sistema FES deve usare il suo braccio cronicamente paralizzato, dice Kirsch. Ha detto che l'uomo è paralizzato da così tanto tempo che i suoi muscoli sono deboli e atrofizzati.

Un elettrodo FES viene utilizzato per stimolare i muscoli e creare movimento negli arti delle persone paralizzate.

Gli sforzi per combinare le interfacce cervello-computer con i sistemi FES sono iniziati 20 anni fa. In un esperimento del 1998, sempre a Case Western, un volontario di nome Jim Jatich ha utilizzato i segnali raccolti da un berretto EEG che indossava sopra la testa per attivare uno dei primi dispositivi FES noto come Freehand, che apriva e chiudeva la sua mano usando stimolatori (vedi Mind over Muscles e di nuovo paralizzato). Quel dispositivo richiedeva solo un semplice segnale on/off, che Jatich era in grado di generare modulando la sua onda EEG.

Gli impianti posti a contatto con la corteccia motoria del cervello possono raccogliere informazioni molto più dettagliate, comprese le stime dei movimenti degli arti a cui una persona sta pensando. In esperimenti con armi robotiche, alcuni volontari sono riusciti a spostare e impilare oggetti (vedi L'esperimento del pensiero). Gli scienziati stanno ora cercando di stabilire un controllo simile o migliore sugli arti di una persona.

La visione è che una persona starebbe camminando per la stanza, facendo cose normali, dice Donoghue. Ma questa è una visione con molti passaggi prima che accada.

Per le persone paralizzate, una soluzione pratica non può arrivare abbastanza presto. Ian Burkhart, il partecipante allo studio dell'Ohio State, afferma di lavorare ancora con i ricercatori tre giorni alla settimana, esercitandosi sulla raccolta di oggetti più piccoli. Se potessi portare a casa il sistema che sto usando in questo momento, lo farei in un batter d'occhio, dice il 24enne, ferito in un incidente di nuoto. Ci sono dei limiti, ma sono facilmente superati dal vantaggio di essere in grado di afferrare qualcosa e spostarlo.

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